科技進步讓空難調查更困難了?很遺憾,是真的

一個故障的機械鬧鐘從30樓高度拋下,在水泥地面上摔得四分五裂之後,怎麼通過還能找到的碎片,確定是哪些零件因為何種原因導致了鬧鐘的故障?

刨去各種專業性的技術成分,空難事故調查的核心工作內容,其實與上面這個例子是高度類似的。在一些特別嚴重的空難事故中,工作難度比這個例子還要高十倍、百倍不止。

殘骸:空難調查中最關鍵的證據

在空難事故的調查過程中,飛機的殘骸是最重要的資訊來源,也是空難調查結論的核心基礎。殘骸越是完整和豐富,它攜帶和保存下來的有效資訊就越多,要找出事故的原因就越容易,獲得的結論也越可靠。

1988年的洛克比空難中,機型為波音747的泛美航空PA103號航班在起飛38分鐘後墜毀,270人全部遇難。由於關鍵結構破損導致電力中斷,飛機的黑匣子沒能留下任何有價值的資訊。

關鍵性的兩條證據都來自飛機殘骸。

關鍵性的兩條證據都來自飛機殘骸

〓泛美航空PA103航班的關鍵部位殘骸復原,注意下方撕裂外翻的機身蒙皮缺口

首先,PA103前機身的殘骸完整度比較高,在復原完成後,稍有火工品常識的人僅從外觀即可判定三個要素:機身結構被來自內部的衝擊波撕裂;爆炸的裝藥量不大,總產氣量有限;炸藥的做功能力非常強,是爆速非常高的高性能猛炸藥。

其次,在地面殘骸的搜尋中,發現了來自旅客行李的一小塊殘破布條,在布條上檢測出了烈性炸藥的成分。這意味著這起空難是一起恐怖襲擊事件。

〓沾染炸藥成分的殘碎布片。為了找到可能的線索,在前機身殘骸散落的一大片區域內,幾百名警察把「除了石頭和植物之外的任何東西」都進行了收集鑑定,最終找到了這塊碎布

實際上這起空難能夠查明原因帶有很大的僥倖成分。

首先是PA103在當天遭遇了惡劣的天氣,延遲起飛並調整了飛行方向,否則飛機將在愛爾蘭海域上空墜毀,尋找殘骸的難度將會大大增加。

其次是前機身沒有和內藏油箱的機翼墜毀在一起,否則上面提到的關鍵性殘骸,都會和該機的左翼一樣,徹底在火海中消失,或者燒得留不下任何有價值的資訊。

〓洛克比空難中,由於飛機出現了空中解體,飛機殘骸散落的總面積達到845平方英里,搜尋殘骸並對其編號整理,是一件非常困難而且耗時的工作

在沒有關鍵性的飛機殘骸作為證據的情況下,要確認空難事故的真正原因往往是不可能的。很多在海洋上空失事的飛機,由於找不到墜毀位置或者無法打撈,即使能找到部分殘骸,至今都沒有人知道它們是遭遇了怎麼樣的災難而墜毀。馬航MH370就是一個很典型的例子。

〓PA103墜毀時僅起飛40分鐘不到,機翼裡還有著數量驚人的燃油,這導致了飛機墜地後極其嚴重的燃燒和爆炸,地面出現嚴重人員傷亡和財產損失,相當一部分飛機結構在火災中徹底燒燬消失

空難事故調查中,最讓人頭疼的問題往往就是飛機在墜毀之後,整個飛機變得支離破碎,殘骸散佈在非常廣闊的地帶中;由於飛機上會攜帶大量的燃油等易燃品,墜毀後出現火災的幾率相當高,這又會進一步導致飛機殘存的各種結構設備殘骸,在焚燒中變形扭曲甚至完全燒燬。

在這種情況下,就很可能導致關鍵殘骸上攜帶的故障特徵,由此徹底湮滅。

技術進步,反而讓空難調查更困難了

在飛機殘骸的鑑別工作中,還存在著很多遠比飛機結構和機械部件更讓人頭痛的對象——各種電子電氣設備。

全面電子化大幅提高了飛機的性能和可靠性,但是也給空難事故的調查增加了難度。

〓波音737家族座艙的變化

比如在飛機的操縱面板上,為了提示機組人員飛機的各種功能和當前狀態,會設計有大量不同的指示燈。

在空難調查中,復原事故發生時各個指示燈的狀態,可以幫助調查人員確定事故發生時飛機上各個設備運行狀況究竟如何,進而推測事故的真正原因。

〓指示燈殘骸,注意熱態的燈絲變形更嚴重,而且斷口會出現燒融的現象

在一些型號老舊的飛機上使用的還是白熾燈,在指示燈不工作的時候,處於冷態的燈絲又硬又脆,難以拉斷變形,而它在工作時,處於熱態的燈絲就變得很軟也易於變形拉斷。藉助這一區別,通常都能有效地判斷出飛機墜毀時,指示燈到底有沒有亮起。

近些年來的新飛機上,純固態的發光二極體正在大量取代傳統的白熾燈,它耗電低、體積小、重量輕、可靠性好、壽命長,幾乎擁有壓倒性的全面性能優勢。唯一的問題在於,一旦空難發生,調查人員基本不可能根據殘骸復原指示燈的工作情況。

〓某型老式戰鬥機空中解體後的儀表板殘骸,箭頭所指的馬赫數表指針停留在超過2.2倍聲速的位置。這意味著飛機當時已經超過設計上允許的速度極限,為最終判定飛機事故原因提供了關鍵性的佐證

另一個例子是飛機上的各種飛行儀表。

機械手錶被砸壞以後,指針停留的時間往往就是被砸壞的時間,傳統的老式機電儀表也是一樣。在墜毀的過程中,由於嚴重的衝擊和變形,它們普遍會出現指針和內部機構變形卡死的情況,並指向最後一刻的各種資料狀態。即使是在很嚴重的燒燬狀態下,這些儀表殘骸的數字依然是可靠的,而且能被輕鬆地判讀。

隨著飛機的電子化改進,多功能的液晶顯示屏開始大量取代機電儀表,電路板則取代了大量機械結構。一旦飛機失事,這些設備中的資料要恢復就變得極為困難,失敗的概率非常高。

這些變化,顯著增加了空難事故調查的難度。

無人生還的空難,只能指望黑匣子了

在嚴重的空難中,一旦出現無人生還這樣最糟糕的結局,值得悲傷和惋惜的不僅是逝去的生命本身,也包括這些遇難者在事故過程中所掌握的資訊永遠消失了,這會極大地提升找出事故原因的難度。

在相當多的飛行事故和事故徵候中,直接掌握飛機狀態和進行相關操作的機組人員,以及舷窗兩側能夠目視機翼和發動機等關鍵部位的乘客,都能為確定飛機事故的現象和進展過程提供關鍵性、甚至是決定性的幫助。

〓薩利機長與他挽救下來的完整飛機殘骸。人員和飛機機體的完好倖存,為事故原因的確定、後續的飛機設計改進、飛行員的操作標準改進提供了極大的幫助

這也是為什麼飛機上要設計黑匣子這樣的裝備,不僅要記錄飛機在飛行過程中的一些主要狀態資料,還要把駕駛艙中飛行員的對話語音也保存下來。但在飛行事故危急而短暫的過程中,機組人員能留下的語音,蘊含的資訊量實在是太少了。

〓黑匣子實際上是橙色的

儘管有針對性的加固設計,但黑匣子也並非萬無一失。抗墜毀殼體破碎、記錄晶片被甩出摔碎,無法提取任何有用資訊的情況不只一次出現過。

為了提高可靠性,在一些軍用飛機上,甚至還設計了黑匣子的自動彈射功能:在墜地前的很短時間內,會通過爆炸螺栓把黑匣子拋離出機身。

越「安全」的飛機,調查越困難

在空難事故調查中,最常見的一種方法,就是尋找歷史上出現過的類似現象事故,根據已有事故的原因,進行重點調查;或者反過來,根據之前未有過的共性特徵,倒推事故的可能原因。

比如蘇聯的安-10/12運輸機家族,防冰除冰能力和低速飛行能力極差,由此導致了很多惡劣氣候和低空條件下的事故。

〓俄羅斯安-12墜毀

因此在出現類似背景的空難時,調查人員通常會優先從這兩個方向出發,研判機組人員在相關的判斷操縱上有沒有失誤,飛機相關功能是否啟用,設備是否存在故障。

另一個典型的例子是波音737max。波音737家族在數十年間一共發展了三代產品:

第一代產品(100/200型)安全性不佳,每一百萬飛行架次的事故率達到1.75;

第二代產品(300/400/500型)時已經有顯著改善,事故率下降到0.54;

第三代產品時(600/700/800/900)安全性相當出色,事故率進一步降低到0.27。

但基於第三代產品更換更大尺寸發動機和修改飛行控制系統的737max,則連續出現了多次俯仰失控引發的空難。

〓波音737max墜毀後的殘骸

由於737max的主要改動,就是換髮以及由此帶來的飛機外形和飛控修改,因此空難事故調查的方向是非常明確的:事故的原因,大概率就潛藏在新的設計改動中。

調查結果也證實了這一點:在波音737max項目上,波音公司犯下了不可饒恕的錯誤,其設計管理工作擊穿了所有安全原則和職業倫理的底線。

與之相對,一些發展成熟,甚至保持了很久安全飛行紀錄的機型,一旦發生事故,調查人員沒有明確的方向,調查就會棘手得多。

東航MU5735航班事故中的波音737-800就是這樣的機型。僅從現有的公開資訊來看,對於事故直接原因的可能方向,難以形成初步判斷。

暗流湧動的調查組,各方角力的舞臺

任何一起空難事故,都意味著極其巨大的損失、責任、壓力。

這意味著直接牽涉到事故中的任何一方,包括飛行器的各方(主機、發動機、各子系統和設備供應商)設計製造者,墜毀飛機的維護者,執飛機組的管理者,都會想盡辦法撇乾淨自己的責任。這是人性使然的必然結果,通過道德藝術表演來否認這一規律,並不會使調查變得更高效公正。

〓洛克比空難的機頭殘骸

現代空難事故調查的機制設計中,反過來利用了這一點,強調在事故調查組的人員構成中,應使各方力量保持平衡。

在這種相互制衡的約束下,任何一方的主張,都必須有充分的證據和嚴密的論證才能站得住腳,為結論的公正性和可靠性提供了必要的保證。但作為代價,整個事故的調查過程,也必然是在激烈的多方爭辯中進行的,每一步工作的推進都相當艱難而費時。

航空史上不乏這樣的例子:事故調查到了後期,各方其實已經在技術層面得到了答案,但依然無法形成明確和詳細的結論。

〓經過多輪結構強化的T-10-17號機,1983年7月6日的高速試飛中,左側機翼和部分垂尾解體斷裂。蘇27家族前中期的結構發展史,就是空中解體和補強增重的輪迴史

以蘇-27為例,為了抗衡F-15戰鬥機,在電子設備和發動機水平都不如美國的背景下,蘇聯方面只能選擇採用天線口徑更大的雷達和非常不利於機身結構性能的氣動外形,並且還進行了極為激進的減重設計。種種因素,導致蘇27家族的早期型號軟骨病非常嚴重,結構強度嚴重不足。

在1981年12月23日的試飛中,蘇-27的原型機在空中解體,殘骸散落在方圓16公里的區域內。試飛員卡馬洛夫和彈射座椅、駕駛艙後壁板一起墜落在地面。

所有人都很清楚也認同,事故的原因是飛機的強度和剛度嚴重不足,導致飛機從前機身開始解體,爭議點在於,究竟是哪個部分強度不足?

〓2002年7月27日,一架蘇-27在斯克尼利夫航展中墜毀,造成77人死亡

設計座艙蓋的認為解體原因是前起落架艙的結構設計不行,設計前起落架艙的認為試飛員的操縱太粗暴……

在各方的扯皮和攪混水中,T-10-12的事故報告得到了事故鑑定委員會所有成員的簽字確認,但結論卻是「飛機在空中發生解體的原因不能確定」。

雖然報告上沒有明確結論,但事故之後,蘇27進行了再一輪的緊急結構強化,所有在扯皮中堅稱飛機解體不是自己原因的一方,都默默地對自己的設計進行了加強,包括座艙、後設備艙、座艙蓋、艙蓋下部結構……

空難事故的調查,既在技術上具有極大的難度和挑戰性,又受事故過程的偶然性和墜毀地點環境的影響極大,還牽涉到多方的巨大責任和代價。

即便僅僅是為了對結論本身的可靠性和公正性負責,調查也必須要經歷相當長的時間——至少是幾個月,才能把必要的工作都完成到位。

《空中浩劫》裡有這樣一句話:「做任何調查,將矛頭指向一個人並不難,但我們必須查出意外為何發生,以及如何避免意外再度發生」。

每一次漫長的調查,都可能化為飛行手冊上的一條安全守則,間接拯救無數人的生命。

參考資料

《大型渦扇運輸機嚴重飛行事故案例分析》

《典型飛行事故調查與分析方法》

《飛行事故調查與分析導論》

《飛行事故調查與分析設備》

《航空裝備失效典型案例分析》

《民用飛機事故/事故徵候統計與分析手冊》

《蘇-27研製歷程——傳奇的誕生》

作者 | 侯知健

編輯 | 王動

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